GaN系半導体ヘテロ構造における表面界面の原子レベル評価と物性制御

2002 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 14102010
• Research Institution: Tohoku University
• Principal Investigator: 桜井 利夫 東北大学, 金属材料研究所, 教授 (20143539)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): SADOWSKI J. T 東北大学, 金属材料研究所, 助手 (40333885) ; 藤川 安仁 東北大学, 金属材料研究所, 助手 (70312642) ; 長尾 忠昭 東北大学, 金属材料研究所, 助教授 (40267456) ; 呉 克揮 東北大学, 金属材料研究所, 中核的研究機関研究員 ; 高村 由起子(山田 由起子) 東北大学, 金属材料研究所, 助手 (90344720)
• Keywords: GaN / STM / MBE / 超高真空 / 原子レベル / AFM

Research Abstract

本プロジェクトでは、GaN系ヘテロエピタクシーのプロセスを原子レベルで解析し理解を進め、この構造・組成情報と対応付けてヘテロ層内もしくは界面に発現する物性を原子レベルで測定・評価することで、新たなデバイス材料創製に向けた基礎的知見、指導原理を得て行くことを目指す。本プロジェクトは、実用上広く用いられているMOCVDではなく、その場観察に適したMBEを用い、超高真空MBEにより各成長段階のヘテロ構造を精緻にモニタ・制御しながら構造の解析と物性評価をBEEM、ARUPS/XPS、HREELS、超高真空ホール効果測定及びLT-STCLを組み合わせた総合的一貫装置を用いて「その場」で行い、ナノスケールの構造と機能物性との対応関係を明らかにし、ヘテロ構造のナノ発光特性発現のメカニズムを探索し、新しい機能物性の設計指針を得る。平成14年度は成長最表面の化学組成、構造安定性と成長後の界面電気特性の評価を行う為に、現有の温度可変STM/非接触AFM装置にX線光電子分光装置を取り付け、装置の性能評価を行った。評価にはSi(001)表面を用い、低温(40K)と常温にて原子分解能が得られることを確認した。また、高性能RFプラズマ源を購入し、超高真空MBE法によるGaN超薄膜作成の準備を進め、また、試験的研究としてGaN(0001)表面にAu及びAgのナノ薄膜を製作し、その成長過程と電気的特性(I-V特性)を調べた。

Research Products

• [Publications] R.Z.Bakhtizin, Q.-Zh.Xue, Q.-K.Xue, Y.Hasegawa, I.S.T.Tsong, T.Sakurai: "Atomic Structure of Heteroepitaxial GaN Films"Microsystems Engineering 2002. 1. 30-36 (2002)
• [Publications] Y.Fujikawa, K.Akiyama, T.Nagao, T.Sakurai, M.G.Lagally, T.Hashimoto, Y.Morikawa, K.Terakura: "Origin of the Stability of Ge(105)on Si : A New Structure Model and Surface Strain Relaxation"Physical Review Letters. 88. 176101-1-176101-4 (2002)
• [Publications] Y.Fujikawa, J.T.Sadowski, K.F.Kelly, K.S.Nakayama, E.T.Mickelson, R.H.Hauge, J.L.Margrave, T.Sakurai: "Adsorption of Fluorinated C60 on the Si(111)-(7x7)Surface Studied by Scanning Tunneling Microscopy and High-Resolution Electron Energy Loss Spectroscopy"Jpn. J. Appl. Phys.. 41. 245-259 (2002)
• [Publications] J.T.Sadowski, Y.Fujikawa, K.F.Kelly, K.Nakayama, T.Sakurai, E.T.Mickelson, R.H.Hauge, J.L.Margrave: "Fluorinated fullerene thin films on Si(111)-7x7 surface"Materials Characterization. 48. 127-132 (2002)
• [Publications] R.G.Zhao, Zheng Gai, Wenjie Li, Jinlong Jiang, Y.Fujikawa, T.Sakurai, W.S.Yang: "Nanofaceting of unit cells and temperature dependence of the surface reconstruction and morphology of Si(105)and(103)"Surf. Sci.. 517. 98-114 (2002)
• [Publications] 長尾忠昭: "高波数分解EELS・LEED法によるナノ物性計測"電子顕微鏡. 37. 103-108 (2002)